Coupling microwaves with a CO2 desorption process from amine solvent : experimental and modeling approaches - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2024

Coupling microwaves with a CO2 desorption process from amine solvent : experimental and modeling approaches

Couplage des microondes avec un processus de désorption du CO2 d'un solvant aminé : approches expérimentales et de modélisation

Résumé

As global energy needs will continue to be met by fossil-fuel based sources, a viable solution to reduce CO2 emissions would be to implement carbon capture technologies. CO2 capture by absorption in amine solvents ranks among the most advanced technologies to be implemented on post combustion units. Still, its application is remains constrained large point sources with small sources remaining difficult to decarbonize. Recently, microwave heating has gained in popularity due to its characteristics of selectiveness, volumetric nature, and ease of control; on the other hand, membrane contactors are promising gas-liquid contactors due to their compacity, operational flexibility, and ease scalability in comparison to packed columns. In this work we explore the operation of chemical desorption when a hollow fiber membrane contactor by microwave heating.A comprehensive understanding of the interactions of microwave fields and transfer phenomena is essential for the correct design, operation, and optimization of an industrial scale equipment. Hence CO2 desorption rates were experimentally studied at the local scale of a single millimetric fiber, placed in a mono-mode microwave cavity. Numerical modeling of the fiber allowed the visualization of the temperature gradients formed inside the solvent, and the corresponding local desorption rates. In parallel, a prototype-scale unit was designed for the desorption of CO2 at the scale of a hollow fiber module under microwave fields. To this end we designed a custom-design cavity was made to house a membrane module in such a manner that CO2 desorption would take place simultaneously with electromagnetic heating.
Alors que les besoins énergétiques mondiaux continueront d’être satisfaits par des sources d’énergie fossiles, une solution viable pour réduire les émissions de CO2 serait de mettre en œuvre des technologies de captage du carbone. Le captage du CO2 par absorption dans des solvants aminés fait partie des technologies les plus avancées mises en œuvre sur les unités de post-combustion. Son application reste néanmoins limitée aux grandes sources ponctuelles, et les petites sources restantes difficiles à décarboner. Récemment, le chauffage microondes a gagné en popularité en raison de ses caractéristiques de sélectivité, de nature volumétrique et de facilité de contrôle ; d'autre part, les contacteurs à membrane sont des contacteurs gaz-liquide prometteurs en raison de leur compacité, de leur flexibilité opérationnelle et de leur facilité d'évolutivité par rapport aux colonnes à garnissage. Dans ce travail, nous explorons le fonctionnement de la désorption chimique lors d'un contacteur à membrane à fibres creuses par chauffage par micro-ondes.Une compréhension complète des interactions entre les champs microondes et les phénomènes de transfert est essentielle pour la conception, le fonctionnement et l’optimisation corrects d’un équipement à l’échelle industrielle. Ainsi, les taux de désorption du CO2 ont été étudiés expérimentalement à l'échelle locale d'une seule fibre millimétrique, placée dans une cavité micro-onde monomode. La modélisation numérique de la fibre a permis de visualiser les gradients de température formés à l'intérieur du solvant, et les taux de désorption locaux correspondants. En parallèle, une unité à l'échelle prototype a été conçue pour la désorption du CO2 à l'échelle d'un module à fibres creuses sous des champs microondes. À cette fin, nous avons conçu une cavité sur mesure pour abriter un module à membrane de telle manière que la désorption du CO2 aurait lieu simultanément avec le chauffage électromagnétique.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04771116 , version 1 (07-11-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04771116 , version 1

Citer

Ali Hajj. Coupling microwaves with a CO2 desorption process from amine solvent : experimental and modeling approaches. Chemical and Process Engineering. Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique, 2024. English. ⟨NNT : 2024IMTA0412⟩. ⟨tel-04771116⟩
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